Name: Wytwarzanie platform magnetycznych do organizacji połączonych neuronów w skali mikronowej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 54 s
Description: Poznaj metodę organizacji sieci neuronowych przy użyciu platform magnetycznych z nanocząstkami. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę lokalizacji i wzrostu komórek w skali mikronowej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Te badania były wspierane przez Ministerstwo Nauki i Technologii Izraela oraz przez Izraelską Fundację Naukową (569/16).

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych.

Reprezentatywne wyniki wskazują na skuteczność przedstawionej metodyki kontrolowania i organizowania tworzenia sieci neuronalnych w skali mikronowej. Ogniwa PC12 obciążone MNP pozostały żywotne i zostały przekształcone w jednostki wrażliwe na działanie pola magnetycznego, które były przyciągane przez siły magnetyczne z elektrod FM do określonych miejsc. Najlepiej widać to na rysunku 5C, gdzie komórki preferencyjnie przylegały do większych wierzchołków sześciokątów, a nie do cienkich linii. C...

Mikrowzory neuronów mają ogromny potencjał do regeneracji tkanek1,2,3,4,5 oraz rozwój urządzeń neuroelektronicznych6,7,8. Jednak umiejscowienie neuronów w skali mikronów w wysokiej rozdzielczości przestrzennej, podobnie jak w tkankach biologicznych, stanowi poważne wyzwanie. Tworzenie wstępnie zaprojektowanych struktur w tej skali wymaga kierowania procesami komórek nerwowych poprzez lokalną kontrolę ruchliwości somy i wzrostu aksonów. Wcześniejsze badania sugerowały użycie chemicznych i fizycznych wskazówek9,10,11,12 do kierowania wzrostem neuronów. W tym przypadku nowatorskie podejście skupia się na kontrolowaniu położenia komórek za pomocą gradientów pola magnetycznego13,14,15,16,17, zamieniając komórki załadowane MNP w jednostki wrażliwe na pole magnetyczne, którymi można zdalnie manipulować.
Kunze i wsp., którzy scharakteryzowali siłę potrzebną do wywołania odpowiedzi komórkowych za pomocą komórek z chipem magnetycznym i MNP, udowodnili, że wczesne wydłużenie aksonów może być wywołane przez mechaniczne napięcie wewnątrz komórek18. Tay i wsp. potwierdzili, że mikrofabrykowane podłoża o zwiększonych gradientach pola magnetycznego pozwalają na bezprzewodową stymulację obwodów nerwowych dozowanych MNP za pomocą barwników wskaźnikowych wapnia19. Co więcej, Tseng i in. połączyli nanocząstki wewnątrz komórek, w wyniku czego powstały zlokalizowane siły, w których pośredniczą nanocząstki, które zbliżyły się do napięcia komórkowego20. Doprowadziło to do wytworzenia zdefiniowanych wzorów substratów mikromagnetycznych, które pomogły w badaniu reakcji komórek na siły mechaniczne. Napięcie komórkowe wynikające z zastosowania zlokalizowanych sił za pośrednictwem nanocząstek osiągnięto poprzez łączenie nanocząstek w komórkach20. Komplementarny hybrydowy system mikroprzepływowy oparty na półprzewodnikach z tlenku metalu (CMOS) został opracowany przez Lee i wsp., którzy umieścili w układzie CMOS układ mikroelektromagnesów w celu kontrolowania ruchu poszczególnych komórek oznaczonych kulkami magnetycznymi21.
Alon i in. użyli mikroskalowych, wstępnie zaprogramowanych, magnetycznych pól jako magnetycznych "gorących punktów" do lokalizacji komórek22. Specyficzna aktywność może być również stymulowana w komórkach za pomocą mikrowzorców magnetycznych w celu zlokalizowania nanocząstek w określonych lokalizacjach subkomórkowych23. Komórkowy wychwyt MNP został pomyślnie zademonstrowany w pierwotnych neuronach pijawek, szczurów i myszy24,25,26. W tym przypadku wykazano to na szczurzej linii komórkowej guza chromochłonnego PC12, która wcześniej wykazała wysoki wychwyt MNPs27. W ostatnich latach pojawiły się różne zastosowania medyczne MNP, w tym dostarczanie leków i termoterapia w leczeniu raka28,29,30,31. W szczególności badania dotyczą zastosowania MNP i sieci neuronowych32,33,34,35. Jednak organizacja magnetyczna neuronów wykorzystujących MNP na poziomie pojedynczej komórki zasługuje na dalsze badania.
W tej pracy opisano podejście oddolne do inżynierii lokalnych sił magnetycznych za pomocą wstępnie zaprojektowanych platform do kontrolowania układu neuronów. Przedstawiono sposób wytwarzania wzorów wielowarstwowych FM w skali mikronowej. Ta unikalna, wielowarstwowa struktura FM tworzy stabilne prostopadłe namagnesowanie, które skutkuje skutecznymi siłami przyciągania w kierunku wszystkich wzorców magnetycznych. Poprzez inkubację MNP załadowano do komórek PC12, przekształcając je w jednostki wrażliwe na działanie pola magnetycznego. Komórki załadowane MNP, platerowane i zróżnicowane na platformach magnetycznych, były preferencyjnie przyłączone do wzorców magnetycznych, a wyrostek neurytów był dobrze dopasowany do kształtu wzoru, tworząc zorientowane sieci. Opisano kilka metod charakteryzujących właściwości magnetyczne wielowarstw FM i MNP, a także przedstawiono techniki wychwytu komórkowego MNP i oznaczania żywotności komórek. Dodatkowo szczegółowo omówiono parametry morfometryczne wzrostu neuronów oraz analizę statystyczną wyników.

<table><tbody><tr><td>16% roztwór wodny paraformaldehydu (formaldehydu)</td><td>NAUKI O MIKROSKOPII ELEKTRONOWEJ</td><td>15710</td><td></td></tr><tr><td>6-dołkowa płytka do hodowli komórkowej</td><td>FALCON</td><td>353846</td><td></td></tr><tr><td>96-dołkowa płytka do hodowli komórkowej</td><td>SPL nauki przyrodnicze</td><td>30096</td><td></td></tr><tr><td>Roztwór amfoterycyny B</td><td>Przemysł biologiczny</td><td>03-028-1B</td><td></td></tr><tr><td>AZ 1514H fotorezystuł</td><td>MicroChemicals </td><td></td><td></td>GmbH</tr><tr><td>AZ 351 B developer</td><td>MicroChemicals GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Albumina surowicy bydlęcej (BSA)</td><td>Biological Industries</td><td>03-010-1B</td><td></td></tr><tr><td>Kolba do hodowli komórek i tkanek</td><td>Biofil</td><td>TCF002250</td><td>75,0 cm^2 250 mL Nasadka odpowietrzająca, niepoddana działaniu</td></tr><tr><td>metody Naczynie do hodowli komórkowych</td><td>Greiner Bio-One</td><td>627-160</td><td>35 mm</td></tr><tr><td>Zestaw do proliferacji komórek (oparty na XTT)</td><td>Przemysł biologiczny</td><td>20-300-1000</td><td></td></tr><tr><td>Probówka wirówkowa</td><td>Biofil</td><td>CFT021500</td><td>50 ml</td></tr><tr><td>Co80Fe20 at% napylanie docelowe</td><td>Stopy</td><td></td> ACI <td>99,95%</td></tr> <tr><td>Kolagen typu I</td><td>Corning Inc.</td><td>354236</td><td>Rat Tail, zakres stężeń 3-4 mg/ml</td></tr><tr><td>Mikroskop konfokalny</td><td>Leica</td><td></td><td>TCS SP5</td></tr><tr><td>Cy2-sprzężone AffiniPure Donkey Przeciwciało wtórne przeciwko królikowi</td><td>Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc.</td><td>711-165-152</td><td></td></tr><tr><td>DAPI fluoromount-G</td><td>SouthernBiotech</td><td>0100-20</td><td></td></tr><tr><td>Igła jednorazowa</td><td>KDL</td><td></td><td>23 G</td></tr><tr><td>Jednorazowe&nbsp; strzykawka</td><td>Medispo</td><td>1160227640</td><td>10 ml</td></tr><tr><td>Surowica konia dawcy</td><td>Biological Industries</td><td>04-124-1A</td><td></td></tr><tr><td>Czytnik ELISA</td><td>Merk Millipore</td><td></td><td>BioTek synergy 4 hybrid czytnik mikropłytek</td></tr><tr><td>Etanol 70%</td><td>ROMICAL LTD</td><td>19-009102-80</td><td></td></tr><tr><td>Etanol absolutny (odwodniony)</td><td>Biolab-chemikalia</td><td>52505</td><td></td></tr><tr><td>Surowica bydlęca płodu (FBS)</td><td>Biological Industries</td><td>04-127-1A</td><td></td></tr><tr><td>Świeży mysi &beta;-NGF</td><td>Peprotech</td><td>450-34</td><td></td></tr><tr><td>GMW Elektromagnes C-frame .</td><td>Buckley systems LTD</td><td></td><td>3470, 45 mm</td></tr><tr><td>Kwas solny 32%</td><td>DAEJUNG CHEMICAL & METALS</td><td>4170-4100</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>Amerykańskie Narodowe Instytuty Zdrowia, wtyczka Bethesda</td><td></td><td>NeuronJ</td></tr><tr><td>Plazma sprzężona indukcyjnie (ICP)</td><td>Ametek Spectro SPECTRO</td><td></td><td>ARCOS ICP-OES, Plazma FHX22 MultiView</td></tr><tr><td>Keithley źródło</td> pomiarowe <td>Keithley</td><td></td><td>2400</td></tr><tr><td>System przełączający Keithley</td><td>Keithley</td><td></td><td>3700</td></tr><tr><td>L-glutamina</td><td>Biological Industries</td><td>03-020-1B</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop świetlny</td><td>Leica</td><td></td><td>DMIL LED</td></tr><tr><td>Fotolitografia bezmaskowa</td><td>Heidelberg Inst.</td><td></td> Szkiełka mikroskopowe <td>MLA150</td></tr><tr><td></td><td>BAR-NAOR</td><td>BN1042000C</td><td></td></tr><tr><td>Kwas azotowy 70%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>438073</td><td></td></tr><tr><td>Normalna surowica osła (NDS)</td><td>Sigma</td><td>D9663</td><td></td></tr><tr><td>PBS 10x</td><td>hylabs</td><td>BP507/1LD</td><td></td></tr><tr><td>PC12 linia komórkowa</td><td>ATCC</td><td>CRL-1721</td><td></td></tr><tr><td>Pd sputter target</td><td>ACI Alloys</td><td></td><td>99,95%</td></tr> <tr><td>Roztwór nystatyny penicyliny-streptomycyny</td><td>Przemysł biologiczny</td><td>03-032-1B</td><td></td></tr><tr><td>Odczynnik żywotności komórek PrestoBlue</td><td>Sondy molekularne</td><td>A-13261</td> na <td>bazie resazuryny</td></tr><tr><td>Przeciwciało królika przeciwko &alfa;-tubulinie</td><td>Santa Cruz Biotechnology, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>System rozpylania magnetronowego RF</td><td>Orion AJA Int.</td><td></td><td>Orion 8</td></tr><tr><td>RPMI 1640 z l-glutaminą</td><td>Biological Industries</td><td>01-100-1A</td><td></td></tr><tr><td>Kąpiel sonikacyjna</td><td>KUDOS</td><td>SK3210HP</td><td>Częstotliwość: 53 kHz. Moc ultradźwiękowa: 135 W</td></tr><tr><td>Magnetometr SQUID</td><td>Quantum Design, CA</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>CHEM-IMPEX INTERNATIONAL</td><td>1279</td><td>niejonowy środek powierzchniowo czynny</td></tr><tr><td>XTT odczynnik</td><td></td><td></td><td></td> żywotności komórek</tr></tbody></table>

wytwarzanie platform magnetycznych do organizacji połączonych neuronów w skali mikronowej

Fabrication of Magnetic Platforms for Micron-Scale Organization of Interconnected Neurons

Zdolność do kierowania neuronów do zorganizowanych sieci neuronowych ma ogromne implikacje dla medycyny regeneracyjnej, inżynierii tkankowej i bio-interfejsów. Wiele badań miało na celu kierowanie neuronami za pomocą wskazówek chemicznych i topograficznych. Doniesienia o kontroli organizacyjnej w skali mikronowej na dużych obszarach są jednak rzadkie. W tym miejscu opisano skuteczną metodę umieszczania neuronów w ustalonych miejscach i kierowania wzrostem neuronów z rozdzielczością w skali mikronowej, przy użyciu platform magnetycznych osadzonych w mikrowzorzystych elementach magnetycznych. Wykazano, że ładowanie neuronów nanocząstkami magnetycznymi (MNP) przekształca je we wrażliwe jednostki magnetyczne, na które mogą wpływać gradienty magnetyczne. Podążając za tym podejściem, stworzono unikalną platformę magnetyczną, na której komórki PC12, powszechny model podobny do neuronu, zostały posiane i załadowane superparamagnetycznymi nanocząstkami. Cienkie warstwy wielowarstwowych ferromagnetyków (FM) o stabilnym namagnesowaniu prostopadłym zostały osadzone, aby zapewnić skuteczne siły przyciągania w kierunku wzorców magnetycznych. Te załadowane MNP komórki PC12, posiane i zróżnicowane na platformach magnetycznych, były preferencyjnie przyłączone do wzorców magnetycznych, a wyrostek neurytów był dobrze dopasowany do kształtu wzoru, tworząc zorientowane sieci. Przedstawiono ilościowe metody charakterystyki właściwości magnetycznych, wychwytu MNP przez komórki, żywotności komórek oraz analizy statystycznej wyników. Podejście to umożliwia kontrolę tworzenia sieci neuronowych i poprawia interfejs neuron-elektroda poprzez manipulację siłami magnetycznymi, co może być skutecznym narzędziem do badań sieci in vitro i może zaoferować nowatorskie kierunki biointerfejsów terapeutycznych.

Wykonano platformy magnetyczne o różnych kształtach geometrycznych (Rycina 1A). Wzory magnetyczne naniesiono metodą rozpylania: 14 warstw Co80Fe20 i Pd o grubościach odpowiednio 0,2 nm i 1 nm. Mikroskopia elektronowa wykazała, że całkowita wysokość wzorów magnetycznych wynosi ~18 nm (Rycina 1B). Ta unikalna depozycja wielowarstw FM tworzy stabilną platformę z prostopadłą anizotropią magnetyczną (PMA) względe...

Ta praca przedstawia oddolne podejście do inżynierii lokalnych sił magnetycznych do kontroli organizacji neuronów. Komórki podobne do neuronów załadowane nanocząstkami magnetycznymi (MNP) są powlekane na wierzchu i kontrolowane przez platformę o mikrowzorze z prostopadłym namagnesowaniem. Opisano również charakterystykę magnetyczną, wychwyt komórkowy MNP, żywotność komórek i analizę statystyczną.

Wytwarzanie platform magnetycznych do organizacji połączonych neuronów w skali mikronowej

The ability to direct neurons into organized neural networks has great implications for regenerative medicine, tissue engineering, and bio-interfacing. ...

Nasze podejście umożliwia kontrolowanie tworzenia sieci neuronowych za pomocą manipulacji magnetycznych. Jest to skuteczne narzędzie do badań in vitro sieci i oferuje nowatorski kierunek terapeutyczny dla urządzeń do biointerfejsów. Dzięki tej technice możemy kontrolować zarówno lokalizację, jak i wzrost komórki w skali mikronów, co pozwala na elastyczne projektowanie wzoru magnetycznego, a tym samym organizacji sieci.Kluczowe znaczenie ma wydajna i nietoksyczna sterylizacja nanocząstek magnetycznych. Aby odnieść sukces, potrzebne są odpowiednie nanocząstki magnetyczne. Ważnymi cechami są rozmiar, powłoka i wartość namagnesowania sytuacji.Procedury zademonstrują Reut Plen i Dafna Levenberg, mistrzynie mojego laboratorium. Na początek pokrój szkiełka szklane na kawałki o wymiarach dwa na dwa centymetry za pomocą pisaka. Szkiełka szklane należy oczyścić w acetonie, a następnie izopropanolu przez pięć minut w kąpieli ultradźwiękowej.Następnie wysusz je azotem o ultra wysokiej czystości. Pokryj szkło fotorezystem za pomocą powłoki wirowej z prędkością 6 000 obr./min przez 60 sekund, aby uzyskać grubość 1,5 mikrometra i piecz w temperaturze 100 stopni Celsjusza przez 60 sekund. Wystaw próbkę na działanie źródła światła za pomocą fotomaski lub litografii bezmaskowej, aby uzyskać pożądany wzór.Badać próbkę przez 40 sekund w wywoływaczu rozcieńczonym w wodzie destylowanej zgodnie z instrukcjami producenta. Następnie umyj go w wodzie przez 45 sekund i wysusz azotem UHP. Sprawdź wzór pod mikroskopem optycznym.Włożyć próbkę do komory blokady obciążenia systemu osadzania i poczekać na ciśnienie podstawowe. Przenieść próbkę do komory głównej i ustawić próbkę na odpowiedniej wysokości do osadzenia. Zwiększaj moc na każdym celu, aż do osiągnięcia żądanej szybkości.Włącz obrót, a następnie umieść ferromagnetyczną warstwę wielowarstwową, na przemian z kobaltem, żelazem i palladem, otwierając i zamykając odpowiednio żaluzje celu. Umieść 14 dwuwarstw palladu kobaltowo-żelazowego i wykończ dodatkową warstwą wierzchnią z palladu. Po zakończeniu osadzania należy wyładować próbkę z systemu osadzania.Zanurzyć próbkę w acetonie na 30 minut i przepłukać ją izopropanolem. Następnie wysuszyć go azotem UHP i zbadać pod mikroskopem. Przechowuj go w czystym i suchym miejscu do czasu użycia.Użyj szkiełka podstawowego z prętem magnetycznym w kształcie krzyża o szerokości 100 mikrometrów osadzonym za pomocą wielowarstwowych ferromagnetyków. Przymocuj próbkę do uchwytu za pomocą taśmy dwustronnej. Użyj łącznika drutowego, aby przymocować cztery druty do próbki, po jednym na każdej nodze elektrody krzyżowej.Ustawić uchwyt próbki i próbkę wewnątrz transportowego układu pomiarowego za pomocą pola magnetycznego tak, aby pole magnetyczne było prostopadłe do próbki. Wykonaj pomiary napięcia poprzecznego zgodnie z opisem w rękopisie tekstowym. Przemiataj pole magnetyczne i zmierz napięcie poprzeczne w funkcji pola.Wykreśl rezystancję poprzeczną jako funkcję pola magnetycznego, aby określić anomalny sygnał Halla, który jest proporcjonalny do prostopadłego namagnesowania w folii. Przygotować podstawową pożywkę wzrostową i pożywkę różnicującą do hodowli komórek PC12 zgodnie z opisem w manuskrypcie. Hoduj komórki w niepoddanej działaniu substancji kolbie hodowlanej z 10 mililitrami podstawowej pożywki wzrostowej, dodając 10 mililitrów pożywki do kolby co dwa do trzech dni.Subkultura komórek po ośmiu dniach. W celu wypobrania komórkowego należy odwirować zawiesinę komórkową przez osiem minut w temperaturze 200 G i temperaturze pokojowej, a następnie wyrzucić supernatant. Ponownie zawiesić komórki w trzech mililitrach świeżej podstawowej pożywki wzrostowej.Ponownie odwirować komórki przez pięć minut, następnie wyrzucić supernatant i ponownie zawiesić komórki w trzech mililitrach świeżej pożywki różnicującej. Odessać komórki 10 razy za pomocą strzykawki i igły, aby rozbić skupiska komórek, a następnie policzyć komórki za pomocą hemocytometru i zasiać milion komórek w zwykłym, niepowlekanym naczyniu o średnicy 35 milimetrów. Dodać obliczoną objętość zawiesiny MNP i pożywki różnicującej do naczynia, aby uzyskać pożądane stężenie MNP.Wymieszaj komórki, MNP i pożywkę różnicującą, a następnie inkubuj naczynie w inkubatorze nawilżanym 5% dwutlenkiem węgla w temperaturze 37 stopni Celsjusza przez 24 godziny. Oczyść wzorzyste podłoże 70% etanolem i umieść je w 35-milimetrowym naczyniu hodowlanym w okapie. Umieść duży magnes pod wzorzystym podłożem na jedną minutę, a następnie usuń go, przesuwając naczynie w górę i od siebie, a następnie wyjmując magnes z okapu.Włącz światło ultrafioletowe na 15 minut. Aby przygotować szklane podłoże pokryte kolagenem, rozcieńczyć kolagen typu 1 w stosunku jeden do 50 w 30% etanolu. Przykryj szklankę roztworem.Pozostaw naczynie bez przykrycia w okapie na cztery godziny, aż cały roztwór wyparuje, a następnie umyj je trzy razy w sterylnym PBS. Wyjąć komórki z inkubatora, odwirować zawiesinę komórek przez pięć minut w temperaturze 200 G i wyrzucić supernatant. Ponownie zawiesić komórki w jednym mililitrze świeżej pożywki różnicującej i policzyć komórki za pomocą hemocytometru.Wysiewaj od 10 do pięciu komórek na wierzchu podłoża w 35-milimetrowym naczyniu hodowlanym i dodaj dwa mililitry pożywki różnicującej. Inkubuj kulturę w inkubatorze nawilżanym 5% dwutlenkiem węgla w temperaturze 37 stopni Celsjusza. Po 24 godzinach dodaj do komórek od jednego do 100 świeżych mysich beta-NGF.Odnowić pożywkę różnicującą i dodawać świeży beta-NGF co dwa dni. Obrazuj komórki co dwa dni za pomocą mikroskopii świetlnej i wykonuj barwienie immunologiczne komórek po utworzeniu sieci. Wyprodukowano platformy magnetyczne o różnych kształtach geometrycznych, a fluorescencyjne MNP tlenku żelaza zsyntetyzowano przez zarodkowanie.Pomiary magnetometryczne MNP pokazują, że krzywa namagnesowania nie miała histerezy, niskie pole nasycenia i stosunkowo wysokie nasycenie namagnesowaniem. Komórki PC12 inkubowano w pożywce zmieszanej z fluorescencyjnymi MNP tlenku żelaza, przekształcając je w jednostki magnetyczne. MNP zostały zinternalizowane do somy komórek, ale nie do jąder.Stężenie żelaza wewnątrz komórek wzrastało wraz ze wzrostem stężenia MNP w pożywce. Żywotność komórek PC12 obciążonych MNP dla różnych stężeń MNP oceniono, porównując parametry morfologiczne komórek obciążonych MNP za pomocą analizy Shoal, nie wykazując różnicy w stosunku do komórek kontrolnych. Testy oparte na XTT i resazurynie potwierdziły, że oceniane stężenia MNP nie wykazały istotnej cytotoksyczności w stosunku do komórek.Komórki PC12 z obróbką MNP i bez niej hodowano i różnicowano na podłożu magnetycznym. Stwierdzono, że namagnesowane komórki przyczepiają się do wzorców magnetycznych i rozwijają gałęzie zgodnie z wzorami, podczas gdy komórki bez leczenia MNP rosły bez powinowactwa do urządzeń magnetycznych. Rozmieszczenie komórek na podłożu o geometrii sześciokątnej pokazano tutaj.75% ciał komórek załadowanych MNP miało kontakt z paskami magnetycznymi, podczas gdy tylko 35% nienamagnesowanych ogniw znajdowało się na paskach. Oprócz efektu pozycjonowania komórek, odkryto, że te platformy magnetyczne kontrolują kierunkowość rosnących neurytów. Aby ocenić wpływ magnetyczny na kierunkowość wzrostu neuronów, zmierzono kąt między neurytami a paskami magnetycznymi, wykazując istotną korelację z orientacją pasków magnetycznych.Procedura ta jest łatwo przystosowana do kierowania związków aktywnych, takich jak leki, po sprzężeniu ich z nanocząstkami magnetycznymi. Można to przełożyć na wysokoprzepustowe testy przesiewowe leków lub leczenie miejscowe w tkankach. To nowatorskie podejście otwiera nowe możliwości funkcjonalizacji innych podłoży lub urządzeń poprzez dodawanie magnetycznych struktur przyciągających.Obecnie pracujemy nad ulepszonymi biokompatybilnymi interfejsami chipów neuronowych.

fabrication-magnetic-platforms-for-micron-scale-organization

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

W tym filmie prezentujemy technikę soft lithography z wykorzystaniem polidimetylosiloksanu (PDMS), której używamy do wykonania urządzenia mikroprzepływowego do hodowli neuronów.

Wytwarzanie urządzenia mikroprzepływowego do kompartymentacji somy i aksonów neuronów

Opracowaliśmy nowatorską wielokomorową platformę mikrosystemową do kokultury neuronów, przeznaczoną do badań nad oddziaływaniami aksonów i gleju w OUN in vitro. Platforma ta umożliwia prowadzenie do sześciu niezależnych eksperymentów równolegle i została wykonana przy użyciu nowo opracowanej hybrydowej metody fabrykacji makro/mikro.

Wielokomorowa mikrofluidyczna platforma do kokultury neuronów i gleju ośrodkowego układu nerwowego

Ten film demonstruje pobieranie fluorescencyjnych nanocząstek magnetycznych (MNP) przez komórki neuronalne poprzez endocytozę. Hodowanie tych neuronów obciążonych MNP na podłożu o magnetycznym wzorze umożliwia przyłączanie komórek. Dodanie czynnika wzrostu zawierającego pożywkę pomaga we wzroście rozszerzeń neuronów, podczas gdy pole magnetyczne podłoża kieruje orientacją przedłużenia.

Wzrost i różnicowanie neuronów magnetycznych naładowanych nanocząstkami na platformach magnetycznych

Ten film pokazuje proces hodowli komórek neuronalnych na schemacie wieloelektrodowym (MEA) w celu stworzenia modułowych sieci neuronowych. Metoda ta pozwala na badanie transmisji sygnału neuronalnego i interakcji komórkowych.

Konstruowanie wzorzystych obwodów neuronalnych na matrycy wieloelektrodowej

Ten film demonstruje metodę stymulowania kultur neuronalnych hodowanych w wzorzystym okrągłym pierścieniu na szkiełku nakrywkowym, przy użyciu zmiennego w czasie pola magnetycznego.

Stymulacja wzorzystych kultur neuronalnych za pomocą pola magnetycznego

Opisane są protokoły dla układu mikroprzepływowego pojedynczego neuronu i maskowania wody dla wbudowanego w układ plazmowy wzór powłok biomateriałowych. Wysoce powiązane ze sobą kokultury można przygotować przy użyciu minimalnego wkładu komórek.

Przygotowanie kokultur neuronalnych z precyzją pojedynczej komórki

Ten manuskrypt opisuje protokół do budowy in vitro modułowych sieci składających się z przestrzennie ograniczonych, funkcjonalnie połączonych obwodów neuronalnych. Maska polimerowa służy do modelowania warstwy białka w celu promowania adhezji komórkowej nad substratem hodowlanym. Platerowane neurony rosną na pokrytych obszarach, tworząc spontaniczne połączenia i wykazując aktywność elektrofizjologiczną.

Projektowanie, obróbka powierzchniowa, posiewanie komórkowe i hodowla modułowych sieci neuronowych składających się z funkcjonalnie połączonych obwodów

Ten manuskrypt szczegółowo opisuje wytwarzanie mikro-tkankowych sieci neuronowych: trójwymiarowe konstrukcje o rozmiarach mikronów, składające się z długich, wyrównanych dróg aksonalnych, obejmujących zagregowane populacje neuronów, zamknięte w rurkowym hydrożelu. Te żywe rusztowania mogą służyć jako funkcjonalne przekaźniki do rekonstrukcji lub modulacji obwodów nerwowych lub jako biofideliczne stanowiska testowe naśladujące neuroanatomię istoty szarej i białej.

Inspirowane anatomią trójwymiarowe sieci neuronowe oparte na inżynierii mikrotkankowej do rekonstrukcji, modulacji i modelowania układu nerwowego

Ten protokół opisuje użycie plastikowych chipów do hodowli i podziału pierwotnych neuronów mysich. Chipy te są wstępnie zmontowane, przyjazne dla użytkownika i kompatybilne z obrazowaniem w wysokiej rozdzielczości, na żywo i fluorescencyjnym. Protokół ten opisuje, w jaki sposób umieścić neurony hipokampa szczura w tych chipach i przeprowadzić izolację płynów, aksotomię i barwienie immunologiczne.

Wykorzystanie wstępnie zmontowanych plastikowych chipów mikroprzepływowych do podziału pierwotnych neuronów mysich

Ten protokół ma na celu pokazanie, jak połączyć układy mikroelektrod in vitro z urządzeniami mikroprzepływowymi do badania transmisji potencjału czynnościowego w kulturach neuronalnych. Analiza danych, a mianowicie wykrywanie i charakteryzacja rozchodzących się potencjałów czynnościowych, odbywa się za pomocą nowego, zaawansowanego, a jednocześnie przyjaznego dla użytkownika i ogólnodostępnego narzędzia obliczeniowego.

Łączenie mikrofluidyki z układami mikroelektrod do badania komunikacji neuronalnej i propagacji sygnałów aksonalnych

Druk 3D w skali mikrometrycznej umożliwia szybkie prototypowanie urządzeń polimerowych do hodowli komórek neuronalnych. Jako dowód słuszności zasady, połączenia strukturalne między neuronami były ograniczane przez tworzenie barier i kanałów wpływających na rozrost neurytów, podczas gdy funkcjonalne konsekwencje takiej manipulacji zaobserwowano za pomocą elektrofizjologii zewnątrzkomórkowej.

Polimeryzacja dwufotonowa: druk 3D urządzeń do hodowli komórek neuronalnych w mikroskali

Poznaj metodę organizacji sieci neuronowych przy użyciu platform magnetycznych z nanocząstkami. Technika umożliwia precyzyjną kontrolę lokalizacji i wzrostu komórek w skali mikronowej.

Wytwarzanie platform magnetycznych do organizacji połączonych neuronów w skali mikronowej

Przeglądaj więcej filmów